CN104215888A - Gis缺陷模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种GIS缺陷模拟装置，包括电源装置、缺陷调节装置、GIS腔体、置于述GIS腔体内的无局放升压变压器、SF6气体充放装置、气压表以及与GIS腔体连接的SF6气体检测装置，GIS腔体包括放电气腔、纵向扩充气腔和横向扩充气腔，无局放升压变压器的低压端连接电源装置，高压端通过母线连接所述第一盆式绝缘子和所述第二盆式绝缘子的中心，母线贯穿所述放电气腔；缺陷调节装置通过所述密封盖与缺陷模型连接，用于调节缺陷模型与母线间的距离；SF6气体检测装置检测GIS腔体的中的SF6微水量和SF6组份。实施本发明，无需反复进行GIS的缺陷布置和模拟，操作便捷和耗时少，能有效提高局部放电的检测效率。

Description

GIS缺陷模拟装置

技术领域

本发明涉及电力技术领域，特别是涉及一种GIS缺陷模拟装置。

背景技术

目前对GIS局部放电进行检测时，缺陷模型放电不稳定、重复性差，需要反复对GIS进行放电，再把缺陷布置在GIS内部，而后对GIS进行充气。

因此上述局部放电检测技术，需反复进行GIS的缺陷布置和模拟，操作繁复和耗时多，致使局部放电的检测效率低。

发明内容

基于此，有必要针对上述局部放电检测技术，检测效率低的问题，提供一种GIS缺陷模拟装置。

一种GIS缺陷模拟装置，包括电源装置、缺陷调节装置、GIS腔体、置于所述GIS腔体内的无局放升压变压器以及与所述GIS腔体连接的SF6气体检测装置、SF6气体充放装置和气压表，其中：

所述GIS腔体包括放电气腔、纵向扩充气腔和横向扩充气腔，所述放电气腔由所述GIS腔体的腔壁、第一盆式绝缘子、第二盆式绝缘子和缺陷室密封组成，所述第一盆式绝缘子和所述第二盆式绝缘子将所述放电气腔与所述GIS腔体的其他气腔隔离，所述缺陷室内设置有缺陷模型，所述缺陷室的一端由密封盖密封，另一端设置在所述GIS腔体的腔壁上，所述缺陷室与所述放电气腔贯通；

所述放电气腔分别与所述SF6气体充放装置和所述气压表连接，所述SF6气体充放装置对所述放电气腔充放SF6气体，所述气压表监测所述放电气腔的SF6气体压力；

所述无局放升压变压器的低压端连接电源装置，高压端通过母线连接所述第一盆式绝缘子和所述第二盆式绝缘子的中心，所述母线贯穿所述放电气腔；

所述缺陷调节装置通过所述密封盖与所述缺陷模型连接，用于调节所述缺陷模型与所述母线间的距离；

所述SF6气体检测装置检测所述GIS腔体的中的预设SF6参数；

当需要所述缺陷模型放电时，通过调节所述缺陷调节装置使所述缺陷模型与所述母线间接触或使所述缺陷模型与所述母线间的距离满足预设距离阈值，调节所述无局放升压变压器的输出电压，使所述缺陷模型放电。

上述GIS缺陷模拟装置，通过SF6气体充放装置、气压表以及与所述GIS腔体连接的SF6气体检测装置可向所述GIS腔体内充入定量的SF6气体，保持缺陷模型放电的稳定性，通过缺陷调节装置灵活调节缺陷模型与母线间的距离，通过调节无局放升压变压器的电压输出电压实现缺陷放电，可重复进行多种距离放电，提高了缺陷模型的重复使用率，无需反复进行GIS的缺陷布置和模拟，操作便捷和耗时少，能有效提高局部放电的检测效率。

附图说明

图1本发明GIS缺陷模拟装置第一实施方式的结构示意图；

图2本发明GIS缺陷模拟装置第二实施方式的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1是本发明的GIS缺陷模拟装置第一实施方式的结构示意图。

本实施方式所述的GIS缺陷模拟装置，可包括电源装置1010、缺陷调节装置1020、GIS腔体1030、置于GIS腔体1030内的无局放升压变压器1040以及与GIS腔体1030连接的SF6气体检测装置1050、SF6气体充放装置1060和气压表，其中：

GIS腔体1030包括放电气腔1031、纵向扩充气腔1032和横向扩充气腔1033，放电气腔1031由GIS腔体1030的腔壁、第一盆式绝缘子、第二盆式绝缘子和缺陷室1080密封组成，所述第一盆式绝缘子和所述第二盆式绝缘子将放电气腔1031与GIS腔体1030的其他气腔隔离，缺陷室1080内设置有缺陷模型，缺陷室1080的一端由密封盖密封，另一端设置在GIS腔体1030的腔壁上，缺陷室1080与放电气腔1031贯通.

放电气腔1031分别与SF6气体充放装置1060和气压表连接，SF6气体充放装置1060对放电气腔1031充放SF6气体，气压表监测放电气腔1031的SF6气体压力。

无局放升压变压器1040的低压端连接电源装置1010，高压端通过母线1091连接第一盆式绝缘子和所述第二盆式绝缘子的中心，母线1091贯穿放电气腔1031。

缺陷调节装置1020通过所述密封盖与所述缺陷模型连接，用于调节所述缺陷模型与母线1091间的距离。

SF6气体检测装置1050检测GIS腔体1030的中的预设SF6参数。

当需要所述缺陷模型放电时，通过调节缺陷调节装置1020使所述缺陷模型与母线1091间接触或使所述缺陷模型与母线1091间的距离满足预设距离阈值，调节无局放升压变压器1040的输出电压，使所述缺陷模型放电。

本实施方式所述的GIS缺陷模拟装置，通过SF6气体充放装置、气压表以及与所述GIS腔体连接的SF6气体检测装置可向所述GIS腔体内充入定量的SF6气体，保持缺陷模型放电的稳定性，通过缺陷调节装置灵活调节缺陷模型与母线间的距离，通过调节无局放升压变压器的电压输出电压实现缺陷放电，可重复进行多种距离放电，提高了缺陷模型的重复使用率，无需反复进行GIS的缺陷布置和模拟，操作便捷和耗时少，能有效提高局部放电的检测效率。

对于无局放升压变压器1040，优选地，其额定容量为5KVA，相数为单相，工作频率为50Hz，输入额定电为200V，输出额定电压为160KV，100％额定电压下局放量(SF6环境下)小于或等于1PC。

对于放电气腔1031，可在其腔壁上平行设置至少四个缺陷室1080，每个缺陷室1080内设置一种缺陷模型。

对于缺陷模型，优选地可包括尖端缺陷、悬浮缺陷、气隙缺陷和颗粒缺陷。

其中，尖端缺陷可包括由不良加工、机械破坏或组装时刮擦而引起的金属尖刺，尖头突出形成高场强区，导致局部放电的产生。尖端缺陷优选地可为一根接地金属棒，尖端对准高压导线来模拟，尖端到母线的预设距离阈值可为1～5cm。

悬浮缺陷可为GIS屏蔽罩松动时产生的悬浮体，会产生局部放电。悬浮缺陷优选为可为直径3cm、高0.8cm的圆柱铜块，铜块可用聚四氟乙烯支撑。

气隙缺陷可包括绝缘件在生产及运输过程中可能导致气泡、裂缝等，会造成局部放电。气隙缺陷优选地可为浇筑过程中混入气泡的环氧树脂绝缘模型。

颗粒缺陷可包括在GIS气室老化后残存的杂物，如金属，会引起场强不均，导致局部放电的产生。颗粒缺陷优选地可为金属颗粒。

对于缺陷调节装置1020，优选地可包括螺栓和螺母。

对于SF6气体充放装置1060，优选地为真空泵。真空泵的电机功率可为3KW,抽气速率可为30L/S，极限压力可小于或等于6*10-2Pa.。所充放的SF6气体的重量可为50KG，纯度可为99.9999％。

优选地，所述预设SF6参数包括SF6微水量和SF6的组份。

在一个实施例中，电源装置1010可包括电源控制箱1011和电源滤波器1012，电源滤波器1012的输入端与电源控制箱1011连接，输出端与无局放升压变压器1040的低压端连接。

优选地，电源控制箱1011的电压方式为手动，额定容量为5KVA，工作频率为50Hz，输入额定电压为220V，输出额定电压为250V，局放量小于或等于1PC，具备过压、过流保护。

优选地，电源滤波器1012的额定容量为5KVA，工作频率为50Hz，输入额定电压为250V，输出额定电压为250V，滤波效果大于或等于20dB。

在另一个实施例中，本实施方式所述的GIS缺陷模拟装置还可包括设置于GIS腔体1030的外腔壁上的超声波局部放电检测仪，和/或，设置于放电气腔1031的内腔壁上的超高频传感器，和/或，设置在GIS腔体1030外的视频监测装置。

优选地，视频监测系统的通道数为2路，模式为红外，最小分辨率：1024*768，供电方式为电池，具备自动记录、备份功能，可实时影像传递。

优选地，超高频传感器的传感器感应频带为300M～1500MHz，灵敏度为-65dBm。

请参阅图2，图2是本发明的GIS缺陷模拟装置第二实施方式的结构示意图。

本实施方式所述的GIS缺陷模拟装置包括电源装置2010、缺陷调节装置2020、GIS腔体2030、置于GIS腔体2030内的无局放升压变压器2040以及与GIS腔体2030连接的SF6气体检测装置2050、SF6气体充放装置2060和气压表，其中：

GIS腔体2030包括放电气腔2031、纵向扩充气腔2032和横向扩充气腔2033，放电气腔2031由GIS腔体2030的腔壁、第一盆式绝缘子、第二盆式绝缘子和缺陷室2080密封组成，所述第一盆式绝缘子和所述第二盆式绝缘子将放电气腔2031与GIS腔体2030的其他气腔隔离，缺陷室2080内设置有缺陷模型，缺陷室2080的一端由密封盖密封，另一端设置在GIS腔体2030的腔壁上，缺陷室2080与放电气腔2031贯通，放电气腔2031分别与SF6气体充放装置2060和气压表连接。

无局放升压变压器2040的低压端连接电源装置2010，高压端通过母线2091连接第一盆式绝缘子和所述第二盆式绝缘子的中心，母线2091贯穿放电气腔2031。

缺陷调节装置2020通过所述密封盖与所述缺陷模型连接，用于调节所述缺陷模型与母线2091间的距离。

进一步地，SF6气体检测装置2050包括设置在GIS腔体2030的腔壁上的SF6微水检测传感器2051、设置在放电气腔2031的腔壁上的SF6组份分析取样接口2052、与SF6组份分析取样接口2052连接的SF6组份分析仪2053、以及与SF6微水检测传感器2051连接的SF6微水检测仪2054。

更进一步，还可包括设置于GIS腔体2030内的无局放耦合电容器3010和设置于GIS腔体2030外的电脉冲局部放电检测仪3020，无局放耦合电容器3010与电脉冲局部放电检测仪3020连接，无局放耦合电容器3010通过母线2092与无局放升压变压器2040连接。

在一个实施例中，无局放耦合电容器3010的额定电容量为50PF，额定电压为160KV，100％额定电压下局放量(SF6环境下)小于或等于1PC。

电脉冲局部放电检测仪3020的测量通道为2，检测灵敏度为0.1PC，测量频带与截止频率为3dB，带宽为10KHz～500KHz，可多档任意组合，低端分10K、20K、40K、80K，高端分100K、200K、300K、500K。视在放电量Q的测量基本误差线性度误差应不大于±(5％+0.1PC)；量程换档误差应不大于±(5％+0.1PC)；低重复率脉冲响应误差应不大于±5％；正负脉冲响应的不对称度误差应不大于±5％。脉冲分辨时间：脉冲分辨时间小于100μS；稳定性：局部放电测量仪连续工作8小时后，注入恒定幅值的校准脉冲信号时，其脉冲响应值的变化应不超过±3％；增益范围为－20dB～+40dB四档，可粗调细调；采样精度为12Bit；外零标电压输入范围为AC 10V～220V；电压监测：有效值，10位A/D精度；同步内外可选，外同步为30～300Hz，自动同步。

在另一个实施例中，SF6微水检测仪2053的检测原理为阻容法；湿度测量精度为±1ppmv；压力测量精度为0.001MPa；温度测量精度为±1℃。

SF6组份分析仪2053所分析的纯度为：SF6：检测下限≤10μL/L；空气：检测下限≤10μL/L；CF4：检测下限≤10μL/L；分解产物检测范围：HF：0～100μL/L；SO2：0～100μL/L；H2S：0～100μL/L；CO：0～2000μL/L；

SF6组份分析仪2053所分析的分解产物检测精度：HF：检测下限0.1μL/L；SO2：检测下限0.1μL/L；H2S：检测下限0.1μL/L；CO：检测下限0.5μL/L。

在本发明中，可通过本发明的GIS缺陷模拟装置，针对尖端缺陷、悬浮缺陷、气隙缺陷和颗粒缺陷进行缺陷局部放电检测和分析，可以试验室中110kVGIS单相母线腔体为GIS腔体，放电气腔内充有压力为0.1～1.2MPa的六氟化硫气体。

当需要某种缺陷模型放电时，通过使缺陷模型靠近或接触母线，然后通过电源控制箱调节无局放升压变压器的输出电压，使放电模型产生放电。

放电信号可以可同时使用电脉冲、超声波、超高频等测量方式。

对于尖端缺陷，金属尖端处电场集中，当施加电压达到一定值时，尖端出现电晕放电。当电源电压达到25kV、SF6气体压强为0.4MPa时，对其进行局部放电时域图谱检测和局部放电频域图谱检测。

局部放电时域图谱检测时，电源电压达到起始电压后，90°相位位置开始出现放电，放电区间随外加电压的升高而变宽。到一定电压后，270°位置开始出现局部放电信号，且放电幅值明显高于90°位置，然而90°位置的放电密度高于270°位置。随着电压升高，90°和270°两处位置的放电密度都有所增加。

局部放电频域图谱检测时，放电的频谱分布决定了超高频局放检测的最佳频段，也可用于放电类型的判断和干扰的排除。在上述时域波形下，使用频谱仪对300M～1500MHz频段进行扫频分析。此时尖端放电在450M～910MHz范围是放电信号集中频段。随着放电强度的增加，频率范围随之展宽，频谱幅值也随之增加。

对于悬浮缺陷，与尖端产生的电晕放电不同，悬浮铜块与高压母线耦合出一个电容，属于容性放电。当发生局部放电时，检测阻抗所采集到的放电信号幅值很大。当电源电压达到57kV、SF6气体压强为0.4MPa时，对其进行局部放电时域图谱检测和局部放电频域图谱检测。

局部放电时域图谱检测时，初始放电发生在第一象限和第三象限成对称分布，且幅值均很高，随着外加电压的升高，放电图谱由上图的两根变为四根，同样是一、三象限对称分布。对于悬浮放电，一旦发生放电，其幅值比较高且放电比较稳定，正、负半周基本对称。

局部放电频域图谱检测时，悬浮放电的频谱分量遍布整个300M～1500MHz频段，其中300M～700MHz频段相对其他频段频谱幅值更高。相对其他放电频谱，悬浮放电频谱幅值高很多，主要是因为悬浮放电幅值太大，其放电量已超过5000PC。

对于气隙缺陷，气隙放电主要发生在绝缘介质内部，特别是盆式绝缘子。盆式绝缘子一般采用真空浇注的方式进行制作，在浇注过程中如果真空度不够或者进入了微量气体，则会在浇注成型的绝缘子中产生微量气泡。在承受高压时，气泡承担很高的场强，会导致气泡发生放电，从而引起盆式绝缘子中产生局部放电，最终导致绝缘失败。当电源电压达到28kV、SF6气体压强为0.4MPa时，对其进行局部放电时域图谱检测和局部放电频域图谱检测。

局部放电时域图谱检测时，初始放电发生在第一象限和第三象限，放电区间随外加电压的升高而变宽。同时气隙放电不会像悬浮、尖端那么稳定，单个局放波形变化较大，但整体波形稳定。

局部放电频域图谱检测时，气隙放电的频谱分量主要分布在470M～700MHz频段，随着放电强度的增加，频率范围随之展宽，频谱幅值也随之增加。由于放电的特性，通过400ms的扫频，频谱不可能覆盖整个放电频段或稳定在一个频率点上。

对于颗粒缺陷，颗粒指的是GIS中的微小的金属物体，如金属碎屑。颗粒在高场强的作用下移动，相互碰撞，并且在管壁上弹跳。每次碰撞都会产生一个放电。颗粒放电的移动表现出随机性。当电源电压达到40kV、SF6气体压强为0.4MPa时，对其进行局部放电时域图谱检测和局部放电频域图谱检测。

局部放电时域图谱检测时，放电发生在任意象限，呈现不规律特性。随着外加电压的升高，幅值略有上升并趋于稳定，稳定后的幅值不受电压继续升高影响。此时放电象限依旧呈现不规律性。

局部放电频域图谱检测时，颗粒放电的频谱分量主要分布在550M～680MHz频段。与其他三种放电频谱相比，颗粒放电的频率范围较小。频谱多脉冲的特点反映出放电具有高能量不稳定的特点。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种GIS缺陷模拟装置，其特征在于，包括电源装置、缺陷调节装置、GIS腔体、置于所述GIS腔体内的无局放升压变压器以及与所述GIS腔体连接的SF6气体检测装置、SF6气体充放装置和气压表，其中：

所述GIS腔体包括放电气腔、纵向扩充气腔和横向扩充气腔，所述放电气腔由所述GIS腔体的腔壁、第一盆式绝缘子、第二盆式绝缘子和缺陷室密封组成，所述第一盆式绝缘子和所述第二盆式绝缘子将所述放电气腔与所述GIS腔体的其他气腔隔离，所述缺陷室内设置有缺陷模型，所述缺陷室的一端由密封盖密封，另一端设置在所述GIS腔体的腔壁上，所述缺陷室与所述放电气腔贯通；

所述放电气腔分别与所述SF6气体充放装置和所述气压表连接，所述SF6气体充放装置对所述放电气腔充放SF6气体，所述气压表监测所述放电气腔的SF6气体压力；

所述无局放升压变压器的低压端连接电源装置，高压端通过母线连接所述第一盆式绝缘子和所述第二盆式绝缘子的中心，所述母线贯穿所述放电气腔；

所述缺陷调节装置通过所述密封盖与所述缺陷模型连接，用于调节所述缺陷模型与所述母线间的距离；

所述SF6气体检测装置检测所述GIS腔体的中的预设SF6参数；

当需要所述缺陷模型放电时，通过调节所述缺陷调节装置使所述缺陷模型与所述母线间接触或使所述缺陷模型与所述母线间的距离满足预设距离阈值，调节所述无局放升压变压器的输出电压，使所述缺陷模型放电。

2.根据权利要求1所述的GIS缺陷模拟装置，其特征在于，所述电源装置包括电源控制箱和电源滤波器，所述电源滤波器的输入端与所述电源控制箱连接，输出端与所述无局放升压变压器的低压端连接。

3.根据权利要求2所述的GIS缺陷模拟装置，其特征在于，还包括设置于所述GIS腔体的外腔壁上的所述超声波局部放电检测仪。

4.根据权利要求1所述的GIS缺陷模拟装置，其特征在于，所述SF6气体检测装置包括设置在所述GIS腔体的腔壁上的SF6微水检测传感器、设置在所述放电气腔的腔壁上的SF6组份分析取样接口、与所述SF6组份分析取样接口连接的SF6组份分析仪、以及与所述SF6微水检测传感器连接的SF6微水检测仪。

5.根据权利要求1所述的GIS缺陷模拟装置，其特征在于，所述SF6气体充放装置包括真空泵。

6.根据权利要求1所述的GIS缺陷模拟装置，其特征在于，所述缺陷模型包括尖端缺陷、悬浮缺陷、气隙缺陷和颗粒缺陷。

7.根据权利要求1所述的GIS缺陷模拟装置，其特征在于，还包括超高频传感器，所述超高频传感器设置于所述放电气腔的内腔壁上。

8.根据权利要求1所述的GIS缺陷模拟装置，其特征在于，还包括设置于所述GIS腔体内的无局放耦合电容器和设置于所述GIS腔体外的电脉冲局部放电检测仪，所述无局放耦合电容器与所述电脉冲局部放电检测仪连接，所述无局放耦合电容器通过母线与所述无局放升压变压器连接。

9.根据权利要求1所述的GIS缺陷模拟装置，其特征在于，还包括设置在所述GIS腔体外的视频监测装置。

10.根据权利要求1至9中任意一项所述的GIS缺陷模拟装置，其特征在于，所述缺陷调节装置包括螺栓和螺母。